试析有机自组装单分子膜表面电势的理论和实验研究

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1、浙江大学硕士学位论文有机自组装单分子膜表面电势的理论和实验研究姓名：高源申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：徐国华201005浙江大学硕士学位论文摘要微机电系统是集微型传感器、信号处理器、执行器以及控制和接口电路、通信和电源于一体的微型系统。它涉及微电子、机械制造、材料科学、自动控制和生物技术等诸多学科，在基础研究和工程等各个方面都有着广阔的应用前景。设计制造高效、可靠的微机电系统是当代科学技术发展的一个重要方向。但是在微观尺度下特有的失效机制影响着微机电系统的快速发展，静电粘滞是其中一个非常重要的

2、失效机制。采用自组装单分子膜改变微机电系统结构材料的表面介电性质是克服静电粘滞失效机制最可行的方法之一。研究自组装单分子膜的表面电势对合成优良的抗静电自组装单分子膜、解决静电粘滞失效具有重要意义。论文第一部分首先对金表面不同链长烷基硫醇自组装单分子膜(SAM)表面电势的变化规律进行了理论研究。从Helmholtz模型出发，借助量子化学软件Gaussian03和MOPAC，就分子偶极矩、相对介电常数以及分子的倾斜角度对SAM表面电势的影响进行了讨论。研究表明，不同链长的烷基硫醇分子的偶极矩及其对应SAM的相

3、对介电常数基本相同，对SAM表面电势变化的影响可以忽略。不同链长烷基硫醇SAM中分子的倾斜角度随烷基链长度的规律性变化是引起SAM表面电势变化的主要原因。根据SAM形成的反应机理，我们认为，造成SAM中分子倾角变化的根本原因是烷基硫醇SAM的合成温度与其所对应的临界温度的温差随着烷基链上碳原子数的减少线性增大，导致所形成的SAM的结构渐趋松散，SAM中分子的倾角逐渐增大，最终造成SAM表面电势的规律性变化。论文第二部分就反应温度对十八烷基三氯硅烷(OTS)SAM表面电势的影响进行了实验研究。利用静电力显微

4、镜对不同温度下制备的OTSSAM样品的表面电势的测量发现，OTSSAM样品的表面电势随反应温度变化曲线以其临界温度为界明显分为两段。"-3反应温度低于sAM的临界温度时，OTSSAM样品表面电势随反应温度升高几乎不变；当反应温度高于SAM的临界温度时，反应温度每升高1℃，SAM样品表面电势降低6mV．我们认为这是由于在临界温度以下制备的sAM样品其内部结构比较致密、稳定，各SAM样品的内部结构近乎相同，SAM样品的表面电势变化不大；当合成温度高于临界温度时，随反应温度的升高，SAM样品的结构渐趋松散，SA

5、M中分子的倾角逐渐增大，从而造成SAM样品的表面电势逐渐下降。浙江大学硕士学位论文摘要论文第三部分针对冯军勇等利用辛烷基三乙氧基硅烷(CSTES)分子的空间位阻效应，采用分步法合成C8TES／OTS均相混合SAM的表面介电性质进行了实验研究。通过对样品表面电势的实验研究发现，c8TEs／oTs混合sAM中c8TEs分子和OTS分子所占比例分别为42．7％和57．3％，非常接近理想均相混合SAM鲢J理论比例(1：1)，证明了冯军勇提出的利用c8TEs分子的空间位阻效应，采用分步合成的均相混合sAM的形成机理

6、。关键词：自组装单分子膜；表面电势；静电力显微镜；Gaussian03；MOPAC塑￡丛学硕主兰垡迨壅．兰坐!!!c_●●_—_●---————-●-_--_—___-__●●_-_●I-_-______-__I●__-_●_-_-_____--●___●___--I__●---_●-_●_-_-_●-_●__-—_-___-_-●____———一AbstractMicro-Electro．MechanicalSystem(MEMS)isaverysmallsystemwhichiscomposedofm

7、icrosensors，signalprocessing，microactuatorsandcontrolandinterfacecircuit，communicationandpower．Itreferstomicro—electronictechnology，micro·mechanicaltechnology，materialscienceandtechnology，automaticcontroltechnology，biotechnologyandotherdisciplines．Thereis

8、abroadapplicationprospectforMEMSinmanyaspectsofproductionandlife．ItisanimportantdevelopmentdirectiontodesignandmanufactureefficientandreliableMEMS．ThefailuremechanismofMEMShasdelayeditsrapiddevelopment，andtheelectro